《隧道工程》课程教学讲义（WORD电子教案，共八章）.doc_P16-P20

②)在曲线两端应设缓和曲线时,最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。因为缓和曲线在平面上半径总在改变,竖向的外轨超高也在变化,这样,在双重变化下,列车行驶不平稳,所以,应尽可能将缓和曲线设在洞外一个适当距离以外。 (3)隧道内若设置圆曲线,其长度不应短于一节车厢的长度。 (4)在一座隧道内最好不设一个以上的曲线,尤其是不宜设置反向曲线或复合曲线。如果列车同时跨在两个曲线上,行驶很不稳当 (5)当必须设置两条曲线时,两曲线间应有足够长的夹直线,一般是要求在三倍车辆长度以上 §2.2隧道纵断面设计为了保证隧道内列车能安全平顺地行驶,机车能够牵引足够的列车重量,同时考虑将隧道内的水顺利排出洞外以及通风要求等因素,必须对隧道内线路的纵断面进行合理地设计。隧道纵断面设计的主要内容包括选定隧道内线路的坡道型式、坡度大小、坡段长度和坡段间的衔接等坡道型式隧道处于地层之内,除了地质有变化时以外,线路的坡型本来不受什么限制,用不着采用复杂多变的型式。一般可采用简单的单坡型或不复杂的人字坡型。如图2-2所示 a (a)单坡型 (b)人字坡型图2-2坡道型式单坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区,因为单坡可以争取高程,拔起或降落一定的高度此外,单坡隧道两洞口的高程差较大,由此而产生的气压差和热位差也大,能促进洞内的自然通风单坡道的优点还有施工及测量上都比较方便。它的缺点是在施工阶段,下坡进洞的一端,出于上部的水自然地流向下部开挖工作面,使开挖工作受到干扰,不但需要随时抽水外排,而且影响到电爆破的绝缘质量;此外,运碴时,空车下坡重车上坡,运输效率低人字型坡道多用于长隧道,尤其是越岭隧道。因为越岭无需争取高程,而垭口两端都是沟谷地带,同是向下的人字型披道,正好符合地形条件。人字坡的优点是施工时,水自然流向洞外,排水措施相应地简化:而且重车下坡,空车上坡,运输效率高。它的缺点是列车通过时排出的有害气体聚集在两坡间的顶峰处,尽管用机械通风,有时也排除不干净.长时积累,浓度渐渐增大,使列车司乘人员以及洞内维修人员的健康受到影响两种不同的坡型适用在不同的隧道,设计时应结合隧道所在地段的地形、工程地质与水文地质、线路纵断面、牵引类型、隧道长度、施工条件、运营要求等具体情况全面考虑。对于位于紧坡地段的隧道、要争取高程的区段上的隧道、位于越岭隧道两端展线上的隧道、地下水不大的隧道或是可以单口掘进的短隧道,可以采用单坡型。对于长大隧道、越岭隧道、地下水丰富而抽水设备不足的隧道、出碴量很大的隧道,设计为人字坡型往往比较有利。、坡度大小对于线路来说,考虑到运营效率,应具有良好的行车条件,线路的坡度以平坡为最好。但是天然地形是起伏不定的,为了能适应天然地形的形状以减少工程数量,需要随着地形的变化设置与

(2)在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。因为缓和曲线在平面上半径总在改变，竖向的外轨超高也在变化，这样，在双重变化下，列车行驶不平稳，所以，应尽可能将缓和曲线设在洞外一个适当距离以外。 (3)隧道内若设置圆曲线，其长度不应短于一节车厢的长度。 (4)在一座隧道内最好不设一个以上的曲线，尤其是不宜设置反向曲线或复合曲线。如果列车同时跨在两个曲线上，行驶很不稳当。 (5)当必须设置两条曲线时，两曲线间应有足够长的夹直线，一般是要求在三倍车辆长度以上。 §2.2 隧道纵断面设计为了保证隧道内列车能安全平顺地行驶，机车能够牵引足够的列车重量，同时考虑将隧道内的水顺利排出洞外以及通风要求等因素，必须对隧道内线路的纵断面进行合理地设计。隧道纵断面设计的主要内容包括选定隧道内线路的坡道型式、坡度大小、坡段长度和坡段间的衔接等。一、坡道型式隧道处于地层之内，除了地质有变化时以外，线路的坡型本来不受什么限制，用不着采用复杂多变的型式。一般可采用简单的单坡型或不复杂的人字坡型。如图 2-2 所示。 (a)单坡型 (b)人字坡型图 2-2 坡道型式单坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区，因为单坡可以争取高程，拔起或降落一定的高度。此外，单坡隧道两洞口的高程差较大，由此而产生的气压差和热位差也大，能促进洞内的自然通风。单坡道的优点还有施工及测量上都比较方便。它的缺点是在施工阶段，下坡进洞的一端，出于上部的水自然地流向下部开挖工作面，使开挖工作受到干扰，不但需要随时抽水外排，而且影响到电爆破的绝缘质量；此外，运碴时，空车下坡重车上坡，运输效率低。人字型坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道。因为越岭无需争取高程，而垭口两端都是沟谷地带，同是向下的人字型披道，正好符合地形条件。人字坡的优点是施工时，水自然流向洞外，排水措施相应地简化；而且重车下坡，空车上坡，运输效率高。它的缺点是列车通过时排出的有害气体聚集在两坡间的顶峰处，尽管用机械通风，有时也排除不干净．长时积累，浓度渐渐增大，使列车司乘人员以及洞内维修人员的健康受到影响。两种不同的坡型适用在不同的隧道，设计时应结合隧道所在地段的地形、工程地质与水文地质、线路纵断面、牵引类型、隧道长度、施工条件、运营要求等具体情况全面考虑。对于位于紧坡地段的隧道、要争取高程的区段上的隧道、位于越岭隧道两端展线上的隧道、地下水不大的隧道或是可以单口掘进的短隧道，可以采用单坡型。对于长大隧道、越岭隧道、地下水丰富而抽水设备不足的隧道、出碴量很大的隧道，设计为人字坡型往往比较有利。二、坡度大小对于线路来说，考虑到运营效率，应具有良好的行车条件，线路的坡度以平坡为最好。但是，天然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量，需要随着地形的变化设置与

之相适应的线路坡度。但坡度不能太大,若坡度超过了线路最大允许的限制坡度,机车的牵引能力达不到,不是列车爬不上去,就是必须减轻列车的牵引重量。所以设计坡度时,注意应不超过限制坡度l 如果在平面上有曲线,还需为克服曲线的阻力,再减去一个曲线的当量坡度。即式中1—设计中允许采用的最大坡度 —一按照线路等级规定的限制最大坡度; 曲线阻力折算的坡度折减量。以上讨论的是明线的坡度要求,隧道内的行车条件要比明线差,对线路最大限制坡度的要求更为严格,因此隧道内线路的最大允许坡度要在明线最大限制坡度上进行折减。要求坡度折减的原因主要有以下两点: (1)列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低一一机车的牵引能力有时是由车轮与轨面之间的粘着力来控制的。隧道内空气的相对湿度较露天处所为大,因而钢轨踏面上凝成一层薄膜,使轮轨之间的粘着系数降低了,于是机车的牵引力也随之降低。此外,如果是蒸汽机车牵引,机车喷出的煤烟渣滓落在轨面上,也会使粘着系数降低。因此,隧道内线路的限制坡度应比明线的限制坡度有所减小。 (2)洞内空气阻力增大——列车在隧道内行驶,其作用犹如一个活塞,洞内空气将像活塞那样给前进的列车以空气阻力,使列车的牵引力削弱。所以,隧道内的限制坡度要比明线的限制坡度为小。由于上述的原因,隧道内线路的最大限制坡度要比明线的最大限制坡度小。现行隧道设计规范规定,位于长大坡道上隧道长度大于400m的隧道,其坡度不得大于最大坡度按规定折减后的数值, 隧道内线路坡度折减是在明线最大限制坡度上乘以一个小于单位1的折减系数m。当隧道内有曲线时,要先进行隧道的线路坡度折减,然后再扣除曲线折减。折减的方法按下式进行式中:m为隧道内线路的坡度折减系数,m与隧道的长度有关规范中规定了隧道内线路坡度折减系数皿的经验数值。列于下表可参照使用。表2-1隧道内线路最大坡度系数隧道长度电力牵引内燃牵引 401~1000 0.95 0.90 1001~4000 0.90 0.80 4000 0.85 0.75 由于当列车的机车进入隧道时,空气阻力就已增加,粘着系数也已开始减小,机车的牵引能力就降低,因此不但隧道内的线路应按上述方式予以折减,洞口外一段距离内,也要考虑相应的折减在上坡进洞前半个远期货物列车长度范围内,按洞内一样予以折减。至于列车出洞,机车已达明线这就不存在折减的问题了。如图2-3所示。半列车长度图2-3坡度折减区段示意

之相适应的线路坡度。但坡度不能太大，若坡度超过了线路最大允许的限制坡度，机车的牵引能力达不到，不是列车爬不上去，就是必须减轻列车的牵引重量。所以设计坡度时，注意应不超过限制坡度 i限。如果在平面上有曲线，还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。即 i允 = i限 − i曲 (2-1) 式中 i允 ——设计中允许采用的最大坡度； i限 ——按照线路等级规定的限制最大坡度； i曲 ——曲线阻力折算的坡度折减量。以上讨论的是明线的坡度要求，隧道内的行车条件要比明线差，对线路最大限制坡度的要求更为严格，因此隧道内线路的最大允许坡度要在明线最大限制坡度上进行折减。要求坡度折减的原因主要有以下两点： (1)列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低——机车的牵引能力有时是由车轮与轨面之间的粘着力来控制的。隧道内空气的相对湿度较露天处所为大，因而钢轨踏面上凝成一层薄膜，使轮轨之间的粘着系数降低了，于是机车的牵引力也随之降低。此外，如果是蒸汽机车牵引，机车喷出的煤烟渣滓落在轨面上，也会使粘着系数降低。因此，隧道内线路的限制坡度应比明线的限制坡度有所减小。 (2)洞内空气阻力增大——列车在隧道内行驶，其作用犹如一个活塞，洞内空气将像活塞那样给前进的列车以空气阻力，使列车的牵引力削弱。所以，隧道内的限制坡度要比明线的限制坡度为小。由于上述的原因，隧道内线路的最大限制坡度要比明线的最大限制坡度小。现行隧道设计规范规定，位于长大坡道上隧道长度大于 400m 的隧道，其坡度不得大于最大坡度按规定折减后的数值，隧道内线路坡度折减是在明线最大限制坡度上乘以一个小于单位 1 的折减系数 m。当隧道内有曲线时，要先进行隧道的线路坡度折减，然后再扣除曲线折减。折减的方法按下式进行 i允 = mi限 − i曲 (2—2) 式中： m 为隧道内线路的坡度折减系数， m 与隧道的长度有关。规范中规定了隧道内线路坡度折减系数 m 的经验数值。列于下表可参照使用。表 2-1 隧道内线路最大坡度系数隧道长度电力牵引内燃牵引 401～1000 0.95 0.90 1001～4000 0.90 0.80 >4000 0.85 0.75 由于当列车的机车进入隧道时，空气阻力就已增加，粘着系数也已开始减小，机车的牵引能力就降低，因此不但隧道内的线路应按上述方式予以折减，洞口外一段距离内，也要考虑相应的折减。在上坡进洞前半个远期货物列车长度范围内，按洞内一样予以折减。至于列车出洞，机车已达明线，这就不存在折减的问题了。如图 2-3 所示。图 2-3 坡度折减区段示意

另一方面,考虑到隧道排水的需要,除了最大坡度的限制以外,还要限制最小坡度。因为隧道内的水全靠排水沟向外流出,如果隧道坡度设为平坡,那么很长的水沟,按照流水的坡度要求,势必沟槽很深,这是比较难于设置的,有时甚至是不可能的。铁路隧道设计规范规定,隧道内线路不得设置为平坡,最小的允许坡度应不小于3‰,在最冷月平均气温低于-5℃的地区、地下水发育的隧道宜适当加大坡度、坡段长度隧道内的线路坡段也不宜太短,因为坡段太短就意味着变坡点多而密集,列车行驶就不平稳, 司机操纵要随时调整。当列车经过变坡点时,受力情况也跟着变化,车辆间会发生相互的冲撞,产生附加力和附加加速度。如果坡度太短,一列车在行驶中,同时跨越两个变坡点,车体、车钩都在同时受到不利的影响,有时会因此发生事故。另外,如果隧道内坡度变化甚多,也将给施工和运营养护维修养护增加困难。所以,从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发,隧道内坡段长度最好不小于列车的长度,考虑到长远的发展,坡段长度最好不小于远期到发线的长度。当两端货物列车以接近计算速度运行的凸形纵断面分坡平段,列车通过这种地段时,车钩程拉紧状态,附加力及附加加速度的变化较小,接近规定最大坡差的假设条件,可以用较短的坡度长度。铁路隧道设计规范规定,隧道内纵断面坡段设计,必须满足行车安全和平稳的要求,并应考虑施工和养护的方便隧道内宜设置长坡段。当隧道位于两端货物列车以接近计算速度运行的凸形纵断面分坡平段,允许坡段长缩短至200m。隧道内线路的坡型单一,但不宜把坡段定得太长,尤其是单坡隧道,坡度已用到了最大限度, 如果是一气上大坡,列车就必须用尽机车的全部潜在能力,持续奋进。这样,会使机车疲劳或超负荷。虽然坡度未超限制,但坡段长了,也会越爬越慢,以至有停车的可能或出现车轮打滑的情况, 容易发生事故。在下坡时,由于坡段太长,制动时间过久,机车闸瓦摩擦发热,将使燃油失效,以致刹不住车,发生溜车事故。所以在限坡地段,坡段不宜太长。如果隧道很长,坡度又不想变动为了不使机车爬长坡,可以设缓坡段,使机车有一个喘息或缓和的时间此外,顺坡设排水沟时,如果坡段太长,水沟就难于布置,不是流量太大,就是沟槽太深。有时为此需要设置许多抽水、扬水设施,分级分段排水。这就给今后的运营和维修增加了工作量。所以,隧道内线路的坡段不宜太长。四、坡段联接为了行车平顺,两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大。因为,坡差太大会引起车辆之间仰俯不一,车钩受到扭力,容易发生断钩。因此,在设计坡度时,坡间的代数差要有一定的限制。从安全的观点出发,两坡段间的代数差值4不应大于重车方向的限坡值i允对于人字坡型的越岭隧道,坡顶上一侧为上坡,另一侧为下坡,它们的代数坡差Δ很容易超过限值。此时,允许在坡项处设置一段长度不超过200m的分坡平道。在此200m范围内,水沟的设置还是不困难的。在整个隧道内,由于坡度不同,纵断面上把各坡段联起来形成了一条折线链。当坡差小于3‰ 时,行车不平顺的情况还不太严重,当坡差大于此值时,列车行驶就有不平顺的感觉。为此,在变坡点处应设置竖曲线来连接。铁路隧道设计规范规定,Ⅰ、Ⅱ级铁路相邻坡段的坡度差大于3‰, Ⅲ级铁路相邻坡段的坡度差大于4‰时,应圆曲线型竖曲线连接;竖曲线的半径在Ⅰ、Ⅱ级铁路应为10000m,Ⅲ级铁路应为5000m。还要注意,如果隧道内有缓和曲线,务必不要使缓和曲线与竖向曲线相重叠。缓和曲线范围内,外轨轨面高程一般以不大于2‰的超高递减坡度逐渐升高。在竖曲线范围内的轨顶将以一定的变化率圆顺变化,若两者重叠时,由于两者变化率不能协调,而在一定程度上外轨顶改变了竖曲线和缓和曲线在立面上的形状,若要做好理论要求的形状,则对养护工作要求较高,存在一定困难隧道内线路坡度不但要按上述情况考虑,还要检算列车在相应坡段上的行车速度。因为列车上

另一方面，考虑到隧道排水的需要，除了最大坡度的限制以外，还要限制最小坡度。因为隧道内的水全靠排水沟向外流出，如果隧道坡度设为平坡，那么很长的水沟，按照流水的坡度要求，势必沟槽很深，这是比较难于设置的，有时甚至是不可能的。铁路隧道设计规范规定，隧道内线路不得设置为平坡，最小的允许坡度应不小于 3‰，在最冷月平均气温低于-5℃的地区、地下水发育的隧道宜适当加大坡度。三、坡段长度隧道内的线路坡段也不宜太短，因为坡段太短就意味着变坡点多而密集，列车行驶就不平稳，司机操纵要随时调整。当列车经过变坡点时，受力情况也跟着变化，车辆间会发生相互的冲撞，产生附加力和附加加速度。如果坡度太短，一列车在行驶中，同时跨越两个变坡点，车体、车钩都在同时受到不利的影响，有时会因此发生事故。另外，如果隧道内坡度变化甚多，也将给施工和运营养护维修养护增加困难。所以，从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发，隧道内坡段长度最好不小于列车的长度，考虑到长远的发展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度。当两端货物列车以接近计算速度运行的凸形纵断面分坡平段，列车通过这种地段时，车钩程拉紧状态，附加力及附加加速度的变化较小，接近规定最大坡差的假设条件，可以用较短的坡度长度。铁路隧道设计规范规定，隧道内纵断面坡段设计，必须满足行车安全和平稳的要求，并应考虑施工和养护的方便，隧道内宜设置长坡段。当隧道位于两端货物列车以接近计算速度运行的凸形纵断面分坡平段，允许坡段长缩短至 200m。隧道内线路的坡型单一，但不宜把坡段定得太长，尤其是单坡隧道，坡度已用到了最大限度，如果是一气上大坡，列车就必须用尽机车的全部潜在能力，持续奋进。这样，会使机车疲劳或超负荷。虽然坡度未超限制，但坡段长了，也会越爬越慢，以至有停车的可能或出现车轮打滑的情况，容易发生事故。在下坡时，由于坡段太长，制动时间过久，机车闸瓦摩擦发热，将使燃油失效，以致刹不住车，发生溜车事故。所以在限坡地段，坡段不宜太长。如果隧道很长，坡度又不想变动，为了不使机车爬长坡，可以设缓坡段，使机车有一个喘息或缓和的时间。此外，顺坡设排水沟时，如果坡段太长，水沟就难于布置，不是流量太大，就是沟槽太深。有时为此需要设置许多抽水、扬水设施，分级分段排水。这就给今后的运营和维修增加了工作量。所以，隧道内线路的坡段不宜太长。四、坡段联接为了行车平顺，两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大。因为，坡差太大会引起车辆之间仰俯不一，车钩受到扭力，容易发生断钩。因此，在设计坡度时，坡间的代数差要有一定的限制。从安全的观点出发，两坡段间的代数差值 p 不应大于重车方向的限坡值 i允。对于人字坡型的越岭隧道，坡顶上一侧为上坡，另一侧为下坡，它们的代数坡差 p 很容易超过限值。此时，允许在坡项处设置一段长度不超过 200m 的分坡平道。在此 200m 范围内，水沟的设置还是不困难的。在整个隧道内，由于坡度不同，纵断面上把各坡段联起来形成了一条折线链。当坡差小于 3‰ 时，行车不平顺的情况还不太严重，当坡差大于此值时，列车行驶就有不平顺的感觉。为此，在变坡点处应设置竖曲线来连接。铁路隧道设计规范规定，Ⅰ、Ⅱ级铁路相邻坡段的坡度差大于 3‰， Ⅲ级铁路相邻坡段的坡度差大于 4‰时，应圆曲线型竖曲线连接；竖曲线的半径在Ⅰ、Ⅱ级铁路应为 10000m，Ⅲ级铁路应为 5000m。还要注意，如果隧道内有缓和曲线，务必不要使缓和曲线与竖向曲线相重叠。缓和曲线范围内，外轨轨面高程一般以不大于 2‰的超高递减坡度逐渐升高。在竖曲线范围内的轨顶将以一定的变化率圆顺变化，若两者重叠时，由于两者变化率不能协调，而在一定程度上外轨顶改变了竖曲线和缓和曲线在立面上的形状，若要做好理论要求的形状，则对养护工作要求较高，存在一定困难。隧道内线路坡度不但要按上述情况考虑，还要检算列车在相应坡段上的行车速度。因为列车上